1. 引言
随着国家经济的高速发展和人们对于生活条件的不断提高，对电力的需求也日益增长。电力作为人们生活及工业发展的核心基础，保障电网安全稳定的运行至关重要。而变电站承担着社会供电、推动经济发展的重要任务，一旦发生火灾，将造成巨大的经济损失和社会影响。
电缆沟作为变电站地下设施，内部电缆错综复杂，其中的电缆长期处于运行状态，导致电缆沟内普遍存在温湿度高的问题，严重影响了电力设备的正常运行和使用寿命。针对电缆沟的恶劣环境等难题，本文从电缆沟的现状出发，针对各项难题，提出电缆沟盖板设计及技术措施等方面的问题并给出解决措施，减少电缆沟安全隐患，保证电缆沟安全稳定运行。
2. 电缆沟智能盖板对比
目前电缆沟盖板主要为普通的混凝土盖板或复合纤维盖板(如表1，图1)，缺乏监测手段，智能化水平较低，人工巡检难度大，针对目前电缆沟盖板存在的问题本文提出了改进措施，研发了一款适用与变电站的模块化电缆沟智能盖板，有利于推进电缆沟安全稳定运行。
3. 电缆沟智能盖板设计思路
在实地踏勘了交流站及换流站后，根据电缆沟的内部环境总结出电缆沟目前存在的问题及对策(表2)。为了实现电缆沟智能盖板的设计，针对以上各种盖板的对比结果，提出了盖板设计的关键控制点，制定了措施，指导电缆沟智能盖板的设计。
Table 2. Countermeasures for intelligent cover plate of cable trench
表2. 电缆沟智能盖板对策表
4. 智能盖板设计
针对以上存在的问题，对电缆沟盖板进行了整体的设计，增加了电缆运行环境状态感知，提高了电缆沟整体的安全性 [5] 。如图2所示，电缆沟智能盖板包括盖板本体，光伏发电部分、智能全状态感知系统及装置(包括环境传感器、极早期火灾探测传感器、红外夜视摄像头、无线传输模块)。其结构图及布置图如下图3所示。
电缆智能盖板本体采用钢筋骨架结构，其承载力及抗冲击强度均高于水泥盖板。智能盖板可通过有夹胶玻璃中间的光伏发电部分发电，并将电量通过光伏控制器储存在盖板背面的大容量电池内，作为阴雨天负载设备的稳定运行。其中环境传感器可感知电缆沟内的温湿度，避免电缆沟内温湿度过高影响电缆的运行故障。并装备有极早期火灾探测器安装在智能盖板背面，可通过检测线缆受热、熔融、解聚所释放的低浓度自由状态粒子判断线缆故障点，在视觉可见烟雾产生前发出报警信号。红外夜视摄像头可实现电缆沟远程巡检，通过软件的操作，可实时调节摄像头俯仰和水平摆动，可实时发现电缆沟内实际情况及小动物侵入情况。
Figure 2. Overall schematic diagram of intelligent cover plate
图2. 智能盖板整体示意图
Figure 3. Intelligent cover plate structure diagram
图3. 智能盖板结构图
盖板本体包括光伏板及钢筋骨架承重结构，光伏板内置于钢筋骨架上，钢筋骨架采用不同尺寸角钢、钢筋、扁钢焊接而成。为增强智能盖板的承重载荷能力，骨架上方平铺焊接2 mm厚钢板作为光伏板支撑及结构增强。经测试获得检测报告均布载荷25 kN/m2，残余形变量为0.43 mm。
此外，光伏发电板采用新型两面透明材料内夹接光伏片而成，此种结构在不降低透明度的情况下可有效提高光伏板的抗压能力及承载能力。透明材料相比于传统光伏透明材料性能更好，新型透明材料采用特种塑料，具有透明度高 > 90%，强度大，耐磨性能好、寿命长等优点，允许形变量为2 mm。
智能盖板通过内置各种传感器可有效监测电缆沟内的温湿度、水位及可燃气体环境信息。环境信息可通过红外夜视摄像头监测电缆沟内的环境信息和异物侵入。各传感器根据设置不同采集时间，基于无线控制主板实现数据存储，间隔30 min~60 min上传一次数据，异常情况立即报警。同时，传感器可接受系统下发的控制指令，实现设备自巡检等功能。传感器种类可根据电缆沟实际情况安装，温湿度/水浸异常情况下可通过后台输出信号，联动风机、水泵等装置解决相关问题。环境传感器均采用无线传输的方式，可通过无线传输模块将采集信息发送至环境监测主机。电缆沟智能盖板实际应用效果图如下图4。
Figure 4. Actual application effect of intelligent cable trench cover plate
图4. 电缆沟智能盖板实际应用效果图
5. 智能盖板无线数据采集传输系统
Figure 5. Architecture diagram of data collection system
图5. 数据采集系统架构图
变电站内智能盖板方案采用无线自组网形式，符合国网设备部关于变电站(换流站)无线局域网建设的相关要求。智能盖板传感器及摄像头通过WAPI网络将信息接入电缆沟管控平台主机，预留接口(RJ45、104协议)可将信息接入站内变电站智能巡视系统。根据站内需求可上传至数字化换流站平台。
WAPI网络建设范围包括无线接入节点(AP)、接入控制器(AC)和认证服务器(AS)。WAPI AP是无线宽带接入网的接入节点设备，设备均匀布置(空旷区域监测半径50~80 m)以保证覆盖电缆沟智能盖板所在区域。
通过主控楼机房内安装电缆沟消管理控制柜，内置消防管理主机、KVM、硬盘录像机、服务器、交换机等设备，实现电缆沟数据接收、信息上传、联动设计等功能。如图5，消防管理主机连接站内无线网安全接入平台，实现电缆沟智能盖板实时信息接收、智能巡检等功能；电缆沟视频监控信息通过硬盘录像机实时存储，通过消防管理主机实现视频监控实时唤醒、信息联动等高级功能。消防管理主机通过系统服务器接入电缆沟可视化系统，实现沟内实时运行状态监视、运维管理、应急处理。消防管理控制柜可接入电缆沟火灾报警信息，当发生火灾时联动所在区域电缆沟盖板视频监控，快速确认火情。同时，当环境传感器异常后，消防管理控制柜可自动联动开启站内风机/水泵等系统。
6. 总结
本文研制的电缆沟智能盖板实现了整体无源无线设计，搭建了电缆沟环境感知平台，通过将智能盖板信息接至站内智能巡视系统，实现电缆沟环境监测、早期预警、视频巡检等高级功能。电缆沟智能盖板增加了电缆沟中电缆安全稳定运行监测手段，可以及早发现电缆沟异常，避免火灾事故，提高了电缆运行安全稳定性，促进电力安全稳定发展，具有较高的应用价值。